Einführung in die Wasseraktivität (aw-Wert)

Für Lebens- oder Arzneimittel ist Wasser eine billige Zutat, die eine Menge teure Probleme verursachen kann. Wasser fördert das mikrobielle Wachstum, Schimmel, Texturverlust, Zusammenbacken und Verklumpen, Ranzigkeit und Vitaminverlust. Der beste Weg, um das Wasser in Ihrem Produkt zu verstehen, ist die Messung der Wasseraktivität.

Wasseraktivität: Es geht um Energie.

Ein einfaches Gedankenexperiment: Nehmen Sie ein Glas Wasser und einen trockenen Schwamm. Tauchen Sie die Ecke des Schwamms in das Glas Wasser. Das Wasser bewegt sich aus dem Glas in den Schwamm.

Die Wasseraktivität (aw-Wert) ist dabei die Kraft, die das Wasser antreibt, um sich in den Schwamm zu bewegen. Das Wasser im Glas ist frei, das Wasser im Schwamm ist allerdings alles andere als frei. Es ist durch Wasserstoffbrücken, Kapillarkräfte und van der Waals-London-Kräfte gebunden. Diese Kräfte nennen wir Matrixeffekte. Das Wasser im Schwamm hat also einen niedrigeren Energiezustand als das Wasser im Glas. Wasser wird leicht in den Schwamm fließen, aber um es wieder herauszuholen, müssen wir Kraft aufwenden, z.B. indem wir den Schwamm drücken.

Das Wasser im Schwamm hat einen niedrigeren Dampfdruck, einen niedrigeren Gefrierpunkt und einen höheren Siedepunkt als das Wasser im Glas. Es liefert uns andere Messergebnisse.

Beachten Sie, dass die Energie des Wassers auch durch Verdünnen mit gelösten Stoffen verringert werden kann – die sogenannten osmotischen Effekte. Da die Arbeit erforderlich ist, um das Wasser in seinen reinen, freien Zustand zurückzuversetzen, reduziert dies auch die Wasseraktivität (aw-Wert). Die Gesamtveränderung der Energie ist die Summe der mathematischen und osmotischen Effekte.

Mit einfacher Mathematik zur Wasseraktivität.

Wenn wir eine Probe in einem versiegelten Gefäß verschließen, gleicht sich die Wasseraktivität (aw-Wert) der Probe mit der relativen Luftfeuchtigkeit in der geschlossenen Kammer aus. Ist das Gleichgewicht erreicht, sind beide Wasseraktivitäten gleich: Wir können die relative Feuchtigkeit der Gefäßraumes messen, um die Wasseraktivität der Probe zu bestimmen.

Sekundäre Methoden: Hygrometer und Kapazitätssensoren.

Die traditionelle aw-Wert Messgeräte bestimmen die relative Feuchtigkeit im Kopfraum mit primitiven Hygrometern. Die meisten modernen Instrumente verwenden auch heutzutage noch elektrische Kapazitäts- oder Widerstands-Hygrometer. Da diese Sensoren ein elektrisches Signal verwenden, um die relative Feuchtigkeit zu bestimmen, müssen sie mit den bekannten Salzstandards kalibriert werden.

Bei diesen Sensoren ist das ERH identisch mit der Wasseraktivität der Probe, solange die Proben- und Sensortemperatur gleich ist. Genaue Messungen erfordern also eine gute Temperaturregelung oder -messung. Vorteil dieser einfachen Kapazitätssensoren ist ihr geringer Preis.

Taupunkt-Messung ist eine primäre Methode.

Die besten Methoden zur Messung der Wasseraktivität sind primäre Methoden, die das Verhältnis p/p0 verwenden.

p0 (der Sättigungsdampfdruck) hängt nur von der Temperatur der Probe (wie in der begleitenden Grafik gezeigt) ab, so dass es möglich ist, p0 zu messen, indem die Temperatur der Probe gemessen wird. p (der Dampfdruck des Wassers in der Probe) wird bestimmt, indem der Dampfdruck von Wasser in dem versiegelten Kopfraum oberhalb der Probe gemessen wird. Die genaueste Art, den Dampfdruck zu messen, ist, den Taupunkt der Luft zu bestimmen.

Primäre Methode bedeutet direkte Messung – keine Kalibrierung.

Die Hauptvorteile der Taupunkt-Messmethode (oder gekühlter Spiegeltaupunkt) sind die Schnelligkeit und Genauigkeit der Messung. Der gekühlte Spiegeltaupunktsensor ist eine primäre Messmethode, die auf fundamentalen thermodynamischen Prinzipien basiert. Gekühlte Spiegelinstrumente gewährleisten dabei hochgenaue (± 0,003 aw) Messungen – und das in nur 5 Minuten. Da die Messung auf der Temperaturbestimmung beruht, ist keine Kalibrierung erforderlich. Benutzer sollten eine Standard-Salzlösung messen, um die ordnungsgemäße Funktion des Instruments zu überprüfen. Für einige Anwendungen ermöglicht die hohe Geschwindigkeit dieser Messmethode eine Online-Überwachung des aw-Wert eines Produkts.

Eine leistungsstarke Messung für Qualitätssicherung und Zubereitung.

Der aw-Wert ist ein thermodynamisches Maß für die Energie des Wassers in einem System bzw. Produkt. Es besteht ein direkter Zusammenhang mit der mikrobiellen Anfälligkeit von Nahrungsmitteln. Die Wasseraktivität steht außerdem in direkter Beziehungen mit vielen Reaktionen, die die Haltbarkeit von Lebensmitteln beenden. Da es auf einer Waage mit einem bekannten Standard gemessen wird, eignet es sich besonders gut als Sicherheits- und Qualitätsvorschrift.